Vật chất cấu tạo nên Trái đất có nguồn gốc từ bụi sao đỏ khổng lồ

Các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH) cho rằng một phần vật chất cấu tạo nên Trái đất có nguồn gốc từ các sao đỏ khổng lồ. Họ cũng biết được tại sao Trái đất chứa nhiều bụi sao hơn các tiểu hành tinh hay sao Hỏa – những thiên thể ở xa Mặt trời hơn. 

Hỗn hợp muối và tiêu

Khoảng 4,5 tỷ năm về trước, xảy ra hiện tượng sụp đổ đám mây bụi và khí liên sao. Ở trung tâm đám mây đó xuất hiện Mặt trời. Xung quanh Mặt trời bắt đầu hình thành đĩa khí - bụi; từ đó hình thành nên Trái đất và các hành tinh khác.

Sao đỏ khổng lồ.

Thứ hỗn hợp vật chất liên sao đó cũng chứa cả các hạt bụi ngoại lai. “Đó là những hạt bụi hình thành trong lân cận các ngôi sao khác” – nữ Giáo sư Maria Schonbachler ở Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ, giải thích.

Những hạt bụi này chiếm tỷ lệ không lớn trong đám bụi và phân tán không đều trong đĩa khí - bụi. “Bụi này khiến ta liên tưởng tới hỗn hợp muối và tiêu” - bà Maria Schonbachler nói. Trong quá trình hình thành, các hành tinh có thành phần hóa học khác nhau.

Nhờ công nghệ đo lường đặc biệt chính xác, các nhà khoa học có thể phát hiện bụi sao từ thời điểm hình thành Hệ Mặt trời trong lân cận Trái đất. Các nhà khoa học tìm kiếm các nguyên tố cụ thể trong bụi sao ấy và nghiên cứu độ giàu đồng vị các nguyên tố đó.

“Sự thay đổi tỷ lệ những đồng vị này là các dấu vết đặc trưng – bà Schonbachler cho biết – Do bụi sao phân bố không đều trong đĩa tiền hành tinh, nên mỗi hành tinh có dấu vết riêng trong quá trình hình thành”.

Trong vòng 10 năm gần đây, các nhà khoa học nghiên cứu các mẫu đá từ Trái đất và các thiên thạch. Họ cũng tìm ra sự bất thường về đồng vị của nhiều nguyên tố. Bà Schonbachler cùng nhóm nghiên cứu của mình đã phân tích các vẫn thạch từng là một phần của lõi các tiểu hành tinh đã bị phá hủy.

Họ tập trung tìm kiếm dấu vết của nguyên tố palladium (Pd). Các nhóm nghiên cứu khác cũng thực hiện nghiên cứu tương tự đối với các nguyên tố ở gần palladium như molybdenum và ruthenium. Nhờ vậy, nhóm của bà Schobachler biết có thể chờ đợi điều gì ở nguyên tố palladium.

Sao đỏ khổng lồ (AGB star) sản xuất những nguyên tố nặng như molybdenum hay palladium. Những nguyên tố này tạo thành bụi sao.

Phát triển mô hình mới

Tuy nhiên, các phép đo lường trong phòng thí nghiệm không khẳng định những dự đoán này. “Các thiên thạch có tỷ lệ palladium thấp hơn so với dự đoán” – Nhà khoa học Mattias Ek ở ĐH Bristol (Vương quốc Anh) cho biết như vậy.

Liên quan đến vấn đề nói trên, các nhà nghiên cứu phát triển mô hình mới, có thể giải thích các kết quả đo lường. Họ khẳng định, bụi sao bao gồm chủ yếu vật chất hình thành từ các sao đỏ khổng lồ.

Những ngôi sao đang già đi này tăng kích thước khi nhiên liệu trong nhân sao bị cạn kiệt. Mặt trời của chúng ta cũng sẽ trở thành sao đỏ khổng lồ sao 4 - 5 tỷ năm nữa.

Trong những sao đỏ khổng lồ, những nguyên tố nặng như molybdenum hay palladium hình thành trong quá trình tóm bắt các neutron chậm.

“Palladium là nguyên tố dễ bay hơi hơn so với molybdenum và ruthenium. Vì thế ít có palladium hơn trong đám bụi bao quanh những sao đỏ khổng lồ” – ông Mattias Ek nói.

Các nhà nghiên cứu ở ETH cũng đưa ra cách giải thích một bí ẩn khác, liên quan đến bụi sao: Trên Trái đất có nhiều bụi sao từ các sao đỏ khổng lồ hơn so với trên sao Hỏa, trên tiểu hành tinh Vesta hay các tiểu hành tinh khác.

“Khi các hành tinh hình thành, nhiệt độ ở gần Mặt trời là rất cao” - bà Schobachler nói. Nhiệt độ cao khiến cho những hạt bụi không ổn định bay hơi. Vật chất liên sao chứa nhiều loại bụi bị bay hơi khi ở gần Mặt trời; trong khi đó, bụi sao từ những sao đỏ khổng lồ chịu được nhiệt hơn và dần dần tích tụ ở những khu vực bên trong của Hệ Mặt trời non trẻ đang hình thành.

Có khả năng là bụi trong các vụ nổ siêu tân tinh cũng bay hơi nhanh hơn. “Điều này giúp chúng ta giải thích, vì sao bụi từ các sao đỏ khổng lồ có nhiều hơn trên Trái đất so với các thiên thể khác trong Hệ Mặt trời” – nữ Giáo sư Schonbachler nói.

• Bí mật khủng khiếp của những ngôi sao đỏ khổng lồ
• Bí ẩn về những ngôi sao khổng lồ: Chúng có phát nổ hay không?